Phổ điện từ
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | sóng điện từ |
| spectrum/ˈspektrəm/ | quang phổ |
| vacuum/ˈvækjuːm/ | chân không |
| microwave/ˈmaɪkrəʊweɪv/ | vi ba |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | tia hồng ngoại |
| ultraviolet/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt/ | tia tử ngoại |
| gamma/ˈɡæmə/ | tia gamma |
Cùng một họ hàng
- Sóng vô tuyến, nhiệt từ lửa, cháy nắng, tia X bệnh viện — tất cả đều là sóng điện từ.
- Chúng chỉ khác nhau về bước sóng (và do đó tần số).
- Một họ hàng, một phổ.
Những gì chúng chung
- Tất cả sóng EM đều là sóng ngang.
- Trong chân không, tất cả đều truyền với cùng tốc độ, $c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
The electromagnetic spectrum
Trượt dọc theo phổ
Sóng vô tuyến, ánh sáng nhìn thấy và tia gamma đều là cùng một loại sóng — chỉ có bước sóng thay đổi, và随之频率、光子能量和日常用途也随之改变。
Tất cả sóng điện từ đều là sóng ngang.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Có — mọi sóng EM đều là sóng ngang, và tất cả đều truyền với $c$ trong chân không.
Trong chân không, sóng EM nào truyền nhanh nhất?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Trong chân không, mọi sóng EM đều truyền với $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Tất cả sóng điện từ chia sẻ những đặc điểm gì? Chọn tất cả các phương án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Việc không cần môi trường chính là điều cho phép ánh sáng mặt trời xuyên qua không gian. Việc là sóng ngang là điều khiến mỗi loại trong số chúng đều có thể bị phân cực, khác với âm thanh.
Phổ theo thứ tự
- Từ bước sóng dài sang ngắn: vô tuyến · vi sóng · hồng ngoại · khả kiến · tử ngoại · tia X · tia gamma.
- Khi bước sóng giảm, tần số tăng.
Sắp xếp các loại theo thứ tự tăng dần tần số (thấp nhất trước).
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
Tần số tăng khi bước sóng giảm: sóng vô tuyến (dài nhất) → vi sóng → ánh sáng nhìn thấy → tia X (ngắn hơn nhiều).
Sắp xếp phổ điện từ theo thứ tự tăng dần bước sóng.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
Tăng bước sóng đồng nghĩa với giảm tần số và giảm năng lượng photon, vì vậy đọc ngược danh sách này sẽ trả lời được cả ba câu hỏi.
Bước sóng và mối liên hệ
- Học các bậc thập phân: vô tuyến $> 10^{-1}\ \text{m}$; vi sóng $10^{-1}$ đến $10^{-3}\ \text{m}$; hồng ngoại $10^{-3}$ đến $7 \times 10^{-7}\ \text{m}$; khả kiến $400$–$700\ \text{nm}$; tử ngoại $4 \times 10^{-7}$ đến $10^{-8}\ \text{m}$; tia X $10^{-8}$ đến $10^{-13}\ \text{m}$; tia gamma dưới khoảng $10^{-10}\ \text{m}$.
- Ánh sáng khả kiến là dải hẹp $400$–$700\ \text{nm}$ — tím ở đầu ngắn, đỏ ở đầu dài.
- Chuyển đổi giữa $\lambda$ và $f$ bằng $c = f\lambda$.
Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng khoảng:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Khoảng $400\ \text{nm}$ (tím) đến $700\ \text{nm}$ (đỏ) — một phần rất nhỏ của toàn bộ phổ.
Một sóng vô tuyến có bước sóng $3.0\ \text{m}$. Tần số của nó là bao nhiêu MHz? (Dùng $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.)
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.0 \times 10^{8}}{3.0} = 1.0 \times 10^{8}\ \text{Hz} = 100\ \text{MHz}$.
Đặt tên vùng
- Đề thi đưa ra một bước sóng hoặc tần số và hỏi vùng nào. Chuyển sang bước sóng nếu cần, sau đó đặt nó trên thang đo.
- Ngay dưới $400\ \text{nm}$ là tử ngoại; ngay trên $700\ \text{nm}$ là hồng ngoại.
- Tia X và tia gamma chập chồng về bước sóng — chúng được phân biệt bởi nơi chúng phát ra (tia X từ electron, gamma từ hạt nhân), nên cả hai tên đều có thể đúng trong vùng chập chồng.
Một sóng điện từ có bước sóng 500 nm. Tần số của nó là bao nhiêu đơn vị 1e14 Hz?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
f = c/lambda = 3.00e8/5.00e-7 = 6.0e14 Hz, nằm trong vùng màu xanh lá của dải ánh sáng nhìn thấy. Chuyển đổi nm sang m trước khi thực hiện phép chia.
Ví dụ minh họa: thuộc vùng nào, và chu kỳ là bao nhiêu?
(a) Một laser phát sóng có bước sóng $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m}$. (b) Một liên kết vệ tinh sử dụng $12\ \text{GHz}$. Hãy đặt tên mỗi vùng và tìm chu kỳ của sóng vệ tinh bằng picoseconds.
- (a) $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m} = 81\ \text{nm}$, nằm dưới $400\ \text{nm}$ nhưng trên $10^{-8}\ \text{m}$: tử ngoại. Tần số của nó là $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{8.1 \times 10^{-8}} = 3.7 \times 10^{15}\ \text{Hz}$.
- (b) $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{12 \times 10^{9}} = 0.025\ \text{m}$: vài centimet, nên là vi sóng.
- Chu kỳ: $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s} = 83\ \text{ps}$.
- Kiểm tra: $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, vì vậy chia cho $10^{-12}$ để chuyển đổi — một đáp án là $0.083\ \text{ps}$ có nghĩa là tiền tố đã được áp dụng sai cách.
Một sóng điện từ có bước sóng $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m}$. Nó nằm trong vùng nào của phổ?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$5.0 \times 10^{-9}\ \text{m} = 5\ \text{nm}$ — ngắn hơn $10^{-8}\ \text{m}$ (phía dưới của vùng tia cực tím), nên là tia X.
Vi sóng trong liên lạc vệ tinh có tần số $12\ \text{GHz}$. Chu kỳ của chúng là bao nhiêu ps?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s}$, và $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, nên $T = 83\ \text{ps}$.
$c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ là tốc độ trong chân không (không khí đủ gần). Trong thủy tinh hoặc nước, sóng chậm lại và bước sóng thu ngắn, nhưng tần số vẫn giữ nguyên — tần số được cố định bởi nguồn. Và thứ tự của phổ theo tần số là ngược lại thứ tự theo bước sóng.
Khi ánh sáng đi từ không khí vào thủy tinh, cả tốc độ và bước sóng đều giảm nhưng ____ của nó không đổi.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Tần số được quyết định bởi nguồn. Vì $v = f\lambda$, một $v$ nhỏ hơn với cùng $f$ sẽ dẫn đến một $\lambda$ nhỏ hơn.
Nhận diện chúng qua ứng dụng
- Vô tuyến: phát thanh. Vi sóng: điện thoại, liên kết vệ tinh, lò vi sóng. Hồng ngoại: điều khiển từ xa, chụp ảnh nhiệt, gia nhiệt.
- Khả kiến: thị giác, tín hiệu sợi quang. Tử ngoại: huỳnh quang, khử trùng, cháy nắng.
- Tia X: chẩn đoán y khoa. Tia gamma: khử trùng thiết bị, điều trị ung thư.
Bạn đã nắm vững
- tất cả sóng EM đều là sóng ngang và truyền với tốc độ $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ trong chân không
- sắp xếp theo bước sóng: vô tuyến → vi sóng → IR → khả kiến → UV → Tia X → gamma (tần số chạy theo chiều ngược lại)
- ánh sáng khả kiến là $400$–$700\ \text{nm}$; dùng $c = f\lambda$ và $T = \dfrac{1}{f}$ để đặt tên vùng